Радиочастотные диапазоны

Согласно международной конвенции электросвязи (г. Монтре, 1965 г.), любые устройства и радиостанции, излучающие электромагнитные волны, должны быть регламентированы. Мировое пространство в отношении распределения радиочастот делится на три района: первый – Европа и Африка, второй – Северная, Южная Америка и Гренландия, третий – Азия и Австралия. Россия и СНГ входят в состав первого района.

Группа (или категория) качества – это совокупность свойств, обуславливающих заданные технологические характеристики.

1. Высшая группа «0» – комплексы по производству радиопродукции в стереофоническом или (и) монофоническом режимах в диапазоне частот 40 Гц–15 кГц.

2. Подгруппа «0ац» – комплексы но производству радиопродукции с аналого-цифровым оборудованием (с применением цифровых устройств записи-воспроизведения).

3. Подгруппа «0а» – комплексы по производству радиопродукции с аналоговым оборудованием.

4. Первая группа «1» – комплексы по производству радиопродукции в монофоническом режиме в диапазоне частот 50 Гц-10 кГц.

Радиоволны составляют электромагнитное поле, создаваемое антенной системой в окружающем пространстве при питании ее током высокой частоты. Распространение электромагнитного поля напоминает движение волн по поверхности воды и происходит с высокой скоростью – 300 000 км/сек. Радиоволны, распространяющиеся вдоль поверхности Земли, называются поверхностными, а под различными углами – пространственными. И те, и другие распространяются в атмосфере. Атмосфера неоднородна, нижний ее слой (10-15 км) называется тропосферой, а верхний – ионосферой (до 500-600 км от поверхности Земли). В обычном состоянии воздух не проводит электричество, но под воздействием солнечных лучей происходит ионизация слоев воздуха, отчего ионы могут поглощать, отражать или искривлять направление радиоволн. Это качество особенно заметно на высоте более 80-100 км. Пространственные радиоволны, проходя через различные слои атмосферы, способны менять свое направление: чем выше степень ионизации слоев воздуха, тем больше будет искривление радиоволн. Поверхностные радиоволны обладают способностью искривлять траекторию своего движения, как бы следуя кривизне Земли, это явление называется рефракцией. При встрече с небольшим препятствием волна стремится обогнуть его. Это явление называется дифракцией. Электромагнитные волны, используемые для различных видов радиосвязи в зависимости от их длины, подразделяют на следующие диапазоны:

Длинные волны (AM) – километровые – длина волны 1-20 км; частота 148-408 КГц; амплитудная модуляция; первая категория качества (50 Гц-10 КГц); моновещание.

Освоение радиочастотного диапазона началось именно с длинных, точнее сверхдлинных волн, так как в качестве первых волновых излучателей использовались машинные генераторы. Основное преимущество длинных волн – способность огибать препятствия (дифракция), следовательно, длинные волны подходят для вещания в условиях городской застройки или горной местности. Дальность распространения сигнала зависит от мощности передатчика и совершенно не зависит от состояния ионосферы. Радиосвязь на длинных волнах возможна только при помощи поверхностных радиоволн.

Прием радиовещания в данном диапазоне стабилен и почти не зависит от времени суток и сезона. Максимальная дальность распространения длинных волн – 2000 км. Благодаря этому диапазону государственное радиовещание охватывает огромные территории нашей страны, включая малозаселенные районы Севера и Дальнего Востока. Тем не менее качество вещания зависит от промышленных помех и атмосферных явлений.

Поскольку энергию длинной волны сильно поглощает земная поверхность, применяются очень мощные передающие устройства, от 500 до 1500 кВт, установленные за пределами населенных пунктов. Окупаемость передатчика, несмотря на огромный охват территории, невозможна. Вещание в данном диапазоне является затратным.

Средние волны (AM) – гектометровые – длина волны 575–187 м; частота 535–1605 КГц; амплитудная модуляция; первая категория качества (50 Гц-10 КГц); моновещание.

Степень поглощения этих волн ионосферой в значительной степени зависит от времени суток. Днем поглощение энергии средних волн значительно больше, чем в ночное время. Поэтому радиосвязь на большие расстояния за счет пространственной волны возможна только в вечернее и ночное время.

Средние волны имеют достаточную дифракцию для распространения в условиях городской застройки, при этом уровень промышленных помех значителен. В непромышленных зонах качество вещания отвечает первой категории, в городах – значительно ниже. Дальность распространения сигнала зависит от состояния ионосферы: днем сигнал, отражаясь от ионосферы (при высокой концентрации электронов), возвращается на землю слишком слабым, а ночью (при низкой концентрации электронов в ионосфере) дальность распространения сигнала сильно увеличивается (до 2000 км).

Мощность применяемых передатчиков в диапазоне средних волн в дневное время может составлять 5–10 кВт, а в ночное время в принципе может быть снижена в 10–20 раз.

В диапазоне средних волн для расширения зоны обслуживания применяется синхронное радиовещание (одна программа на одинаковой вещательной частоте распространяется несколькими передатчиками). В этом случае используются передатчики малой и средней мощности. Блистательным примером сетей синхронного вещания на средних волнах (549 килогерц) являлись программы «Маяка», транслировавшиеся десятками и сотнями радиостанций на одной частоте. Это было большим достижением отечественной науки и техники – позывные «Маяка» были очень стабильны и принимались практически в любом уголке страны.

Короткие волны (AM) – декаметровые – длина волны 90–11 м; частота 3, 95–26, 1 КГц; амплитудная модуляция; первая категория качества (50 Гц–10 КГц); моновещание.

Распространение радиоволн в области приема земной волны из-за сильного поглощения почвой ограничено всего несколькими десятками километров, поэтому главным достоинством KB является способность многократно отражаться от ионосферы и при малой мощности передатчиков распространяться на очень большие расстояния. Основная область применения – иновещание. Короткие волны являются пространственными.

Диапазон KB состоит из нескольких поддипазонов от 75 до 11 метров. В верхней части дипазона (75–49 м) уровень промышленных помех чрезвычайно высок. В поддиапазоне от 41 до 19 метров промышленные помехи незначительны. А в нижней части диапазона (16–11 м) атмосферные и промышленные помехи практически отсутствуют.

Короткие волны используются для вещания на зарубежные страны. «Дневной» поддиапазон (13, 16, 19 метров) используется в светлое время суток, «ночной» (25, 31, 41, 49 и 75) – в темное время суток.

Мощность передатчиков (от 50 Вт до 1500 кВт) может изменяться в зависимости от времени суток: ночью, достигает максимальных значений, а с рассветом может быть снижена.

Одним из недостатков считается явление «замирания» радиоволн: сила принимаемого сигнала постепенно уменьшается, а иногда и полностью прекращается. Это происходит потому, что радиоволны распространяются от передатчика по разным путям, под разными углами, и на радиоприемник могут прийти одновременно несколько волн; складываясь, они могут либо усиливать, либо ослаблять друг друга. Существуют участки Земли, где прием коротких волн иногда невозможен. В пространстве между местом, где прекращается прием поверхностной волны, и местом возвращения на Землю отраженной пространственной волны образуется зона молчания.

В России короткие волны для вещания внутри страны почти не используются, основной объем вещания рассчитан на слушателей за рубежом. Для космической радиосвязи KB непригодны, так как ионосфера для них непрозрачна.

Ультракороткие волны (УКВ-1, УКВ-2 /FM/) – метровые – (длина волны 4, 6–2, 8 м; частота 65, 9–108 МГц; частотная модуляция; высшая категория качества (30 Гц–15 КГц); стерео- или моновещание. Поверхностные и пространственные волны.

FM-радиостанции (УКВ-2) появились в России сравнительно недавно, но они очень быстро завоевали своего слушателя высоким качеством звучания в эфире.

В диапазоне метровых волн по существу представлено несколько поддиапазонов: УКВ-1 – 65, 9–74 МГц; УКВ-2 – 87, 5–108 МГц.

Способность волны огибать препятствия в УКВ диапазоне минимальна, сигнал может распространяться только в зоне прямой (почти оптической) видимости между передающей и приемными антеннами; данный диапазон свободен от атмосферных помех, а длят борьбы с промышленными и местными помехами (электродвигатели, системы зажигания автомобилей и т.д.) применяется частотная модуляция. Для увеличения зоны прямой видимости передающие и приемные антенны поднимают на максимально возможную высоту. Обычно расстояние прямой видимости составляет 40–50 км, однако благодаря небольшой рефракции может достигать 60–80 км.

УКВ-диапазон идеален для вещания в больших и средних городах, передатчики с мощностью от 2 до 15 кВт могут располагаться в черте населенных пунктов и из-за небольшой стоимости быстро окупаться коммерческими радиостанциями. Однако напряженность поля в метровом диапазоне неравномерна, так как прямые волны сталкиваются с отраженными от Земли и зданий волнами и в непосредственной близости от передатчика могут возникать звуковые искажения. Поэтому рекомендуется располагать передающие антенны на удалении от густонаселенных районов.

Радиус зоны обслуживания обусловлен исключительно высотой передающей антенны. Для расширения зоны вещания необходимо использовать ретрансляторы. УКВ волны прозрачны для ионосферы, поэтому в данном диапазоне может осуществляться космическая связь.